DE102013000371B4 - Aktives Dämpfersystem - Google Patents
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Abstract
Aktives Dämpfersystem (10) zur Dämpfung hochfrequenter Schwingungsanregung des Fahrzeugaufbaus, wobei ein Dämpferlager (12) zur Abstützung einer Fahrwerkskomponente am Fahrzeugaufbau vorgesehen ist und das Dämpferlager (12) ein erstes Lagerelement (14) zur Befestigung an dem Fahrzeugaufbau und ein zweites Lagerelement (16) zur Befestigung an der Fahrwerkskomponente umfasst, ferner ein aktives Stellelement (18) vorgesehen ist, wobei eine Reglereinheit (20) und ein die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus messender Beschleunigungssensor (22) vorgesehen sind, wobei die Reglereinheit (20) als Eingangsgröße die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (aD) aufweist, wozu die Reglereinheit (20) mit dem Beschleunigungssensor (22) verbunden ist, ferner das aktive Stellelement (18) durch die Reglereinheit (20) beeinflusst wird, wobei das erste Lagerelement (14) und das zweite Lagerelement (16) über das aktive Stellelement (18) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (16) über eine Elastomerverbindung an die Fahrwerkskomponente angekoppelt ist und ein Beschleunigungssensor (24) am zweiten Lagerelement (16) angeordnet ist, der mit der Reglereinheit (20) verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein aktives Dämpfersystem zur Dämpfung hochfrequenter Schwingungen des Fahrzeugaufbaus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Dämpfung eines hochfrequenten Schwingungseintrags in den Fahrzeugaufbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
- Ein passiver Schwingungsdämpfer ist in der
DE 199 35 391 A1 offenbart. - Nach dem Stand der Technik, wie in der
DE 10 2008 046 876 A1 offenbart, ist es bekannt, eine Schwingungsoptimierung zwischen Rad und Aufbau dadurch zu erreichen, dass passive Dämpfersysteme, die am Beispiel eines Federbeins unter Verwendung einer Ventilsteuerung mit einer Kolbenzylinderanordnung beschrieben werden, so beeinflusst werden, dass eine Dämpfung des Fahrzeugaufbaus erreicht wird. - Nach der
DE 10 2008 046 876 A1 kann die Dämpfung der Schwingungen durch Einstellung der Dämpfungskraft bestimmt werden. Die Dämpfungskraft wird durch Ansteuerung einer Stelleinrichtung erreicht, indem die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus und die vertikale Beschleunigung eines Rades sensorisch erfasst werden. Mittels einer Signalverarbeitungsanlage wird ein Steuersignal für die Stelleinrichtungseinstellung der dualmodularen Dämpfungskraft erzeugt. - Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine Beeinflussung des gesamten Federdämpferelements notwendig ist, um die Schwingungsübertragung zu unterbinden, was wiederum Auswirkungen auf das Fahrverhalten hat.
- Eine gattungsgemäße Einrichtung zur Schwingungsdämpfung ist aus der
DE 196 42 827 A1 bekannt. - Die
DE 10 2004 032 470 A1 betrifft ein aktives Dämpferlager zur Abstützung eines Stoßdämpfers, umfassend eine Spulenanordnung, die auf einen Anker, der mit einem Stoßdämpfer verbunden ist, in axialer Richtung einwirkt, um das Schwingungsverhalten zu beeinflussen. Die Stellgröße wird abhängig von der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus und des Stoßdämpfers eingestellt. Wie auch in derDE 10 2008 046 876 A1 wird hier die Beschleunigung von Rad und Fahrzeugaufbau gemessen. - Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Dämpfung des Fahrzeugaufbaus sowie ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen.
- Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 in Verbindung mit ihren Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
- In bekannter Weise weist das erfindungsgemäße Dämpfersystem ein Dämpferlager zur Abstützung einer Fahrwerkskomponente am Fahrzeugaufbau auf. Das Dämpferlager umfasst zudem ein erstes Lagerelement zur Befestigung des Lagers an dem Fahrzeugaufbau und ein zweites Lagerelement zur Befestigung an der Fahrwerkskomponente selbst. Ferner ist ein aktives Stellelement zwischen Fahrzeugaufbau und Radträger vorgesehen, welches durch einen Regler angesteuert wird. Der Regler besitzt als Eingangsgröße die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus, insbesondere die Vertikalbeschleunigung, wofür ein Beschleunigungssensor am Fahrzeugaufbau vorgesehen ist, wobei das erste Lagerelement und das zweite Lagerelement durch das aktive Stellelement verbunden sind.
- Erfindungsgemäß ist das zweite Lagerelement über eine Elastomerverbindung an die Fahrwerkskomponente angekoppelt und ein Beschleunigungssensor ist vorgesehen, der am zweiten Lagerelement angeordnet ist. Dieser Sensor misst demzufolge die Vertikalbeschleunigung des zweiten Lagerelements. Dadurch wird eine Verbesserung des Dämpfungsverhaltens erreicht.
- Die Eingangsgrößen für den Regler zur Ansteuerung des aktiven Stellelements bilden somit die Fahrzeugaufbaubeschleunigung und die Beschleunigung des zweiten Lagerelements.
- Der Regler ist insbesondere so ausgebildet, dass dieser das aktive Stellelement so ansteuert, dass die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus minimiert wird. Der Regler kann als PID, PD oder gegebenenfalls als PI-Regler ausgebildet sein.
- Beispielsweise kann die Fahrwerkskomponente eine Kolbenstange eines Dämpfers sein, wobei die Kolbenstange über eine Elastomerverbindung mit einem Außenring, der das zweite Lagerelement darstellt, verbunden ist. Dieser Außenring ist mit dem Beschleunigungssensor für das zweite Lagerelement versehen. Der Außenring ist über einen aktiven Steller insbesondere einem Piezo-Aktuator am Fahrzeugaufbau, insbesondere am Federbeindom des Fahrzeugs gelagert.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Beschleunigungssensor zur Messung der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus in der Nähe vorzugsweise am Federbeindom vorgesehen sein.
- Im Wesentlichen arbeitet das aktive Stellelement gegenphasig zur Bewegung des Außenrings. Um möglichst wenig hochfrequente Schwingung auf den Federbeindom zu übertragen.
- Dadurch wird die Vertikalbeschleunigung der Karosserie im Bereich des Federbeindoms erheblich reduziert, was wiederum die akustischen Auffälligkeiten in Folge der Straßenanregung minimiert.
- Im Weiteren wird hier ein Verfahren zur Dämpfung eines hochfrequenten Schwingungseintrags in den Fahrzeugaufbau über die Fahrwerkskomponente vorgeschlagen, wobei die Fahrwerkskomponente über ein Dämpferelement umfassend ein erstes Lagerelement mit einem aktiven Stellelement mit einem zweiten Lagerelement verbunden ist. Durch Beeinflussung des aktiven Stellelements kann der Regler die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus minimieren. Der Regler nutzt dazu die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus sowie die Vertikalbeschleunigung des zweiten Lagerelements als Eingangsgröße, wobei die Fahrzeugaufbaubeschleunigung die Regelgröße darstellt, die es zu minimieren gilt.
- Zur Minimierung der Fahrzeugaufbaubeschleunigung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der am zweiten Lagerelement angeordnete Beschleunigungssensor die Störgröße der Außenringbeschleunigung erfasst. Diese Störgröße findet Eingang in den Regelalgorithmus des Reglers. Durch die Berücksichtigung der Störgröße im Regler kann die Regelung der Fahrzeugaufbaubeschleunigung am ersten Lagerelement effizient minimiert werden.
- Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
- In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
-
1 eine schematische Ansicht eines Dämpfersystems, und -
2 eine Symboldarstellung der Reglerstruktur. -
1 zeigt eine schematische Darstellung des Dämpfersystems10 . Das Dämpfersystem10 umfasst ein Dämpferlager12 , das ein erstes Lagerelement14 und ein zweites Lagerelement16 aufweist. Das erste Lagerelement14 und das zweite Lagerelement16 sind über ein aktives Stellelement18 miteinander verbunden. - Das aktive Stellelement
18 kann durch eine Reglereinheit20 , das zu diesem Zweck mit der Reglereinheit20 verbunden ist, beeinflusst werden. - Zudem sind am ersten Lagerelement
14 und am zweiten Lagerelement16 je wenigstens ein Beschleunigungssensor22 ,24 zur Messung der Vertikalbeschleunigung des jeweiligen Lagerelements vorgesehen. - Wie
1 zu entnehmen, ist das erste Lagerelement14 mit dem Federbein-Dom, also dem Fahrzeugaufbau, verbunden. Der dem ersten Lagerelement14 zugeordnete Beschleunigungssensor22 misst demzufolge die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in diesem Bereich. - Das zweite Lagerelement
16 ist als Außenring eines Elastomer-Lagers ausgebildet. Der Außenring ist über eine Elastomer-Komponente28 mit einer Fahrwerkskomponente, im vorliegenden Fall mit einer Kolbenstange26 eines Federbeins, verbunden. - Zur Regelung der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus sind die Beschleunigungssensoren
22 ,24 mit der Reglereinheit20 verbunden. - Die Funktionsweise wird anhand der symbolischen Darstellung der Reglereinheit
20 in2 näher erläutert. -
2 zeigt die symbolische Reglerstruktur der Reglereinheit20 . - Die Reglereinheit
20 umfasst den Regler30 . Als Eingangsgröße des Reglers30 ist die Abweichung e(t), die sich aus der Differenz der gewünschten vertikalen Fahrzeugaufbaubeschleunigung (d2sDom/dt2)Soll und aus der tatsächlichen vom Beschleunigungssensor22 gemessenen Fahrzeugaufbaubeschleunigung (d2sDom/dt2)Ist = aD ergibt. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Fahrzeugaufbaubeschleunigung der Beschleunigung des Federbein-Doms. - Der Regler
30 gibt einen Stellsignal s(t) zur Ansteuerung des aktiven Stellelements18 aus. Die Ausgabe des Stellsignals erfolgt unter Berücksichtigung der Beschleunigung des zweiten Lagerelements16 , hier des Außenrings, d2sAußenring/dt2 = aA. Da die Beschleunigung des Außenrings auch als Störgröße in die Regelstrecke32 einfließt, kann auf diese Weise eine äußerst effiziente Minimierung hochfrequenter Schwingungen im Fahrzeugaufbau gewährleistet werden.
Claims (4)
- Aktives Dämpfersystem (
10 ) zur Dämpfung hochfrequenter Schwingungsanregung des Fahrzeugaufbaus, wobei ein Dämpferlager (12 ) zur Abstützung einer Fahrwerkskomponente am Fahrzeugaufbau vorgesehen ist und das Dämpferlager (12 ) ein erstes Lagerelement (14 ) zur Befestigung an dem Fahrzeugaufbau und ein zweites Lagerelement (16 ) zur Befestigung an der Fahrwerkskomponente umfasst, ferner ein aktives Stellelement (18 ) vorgesehen ist, wobei eine Reglereinheit (20 ) und ein die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus messender Beschleunigungssensor (22 ) vorgesehen sind, wobei die Reglereinheit (20 ) als Eingangsgröße die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (aD) aufweist, wozu die Reglereinheit (20 ) mit dem Beschleunigungssensor (22 ) verbunden ist, ferner das aktive Stellelement (18 ) durch die Reglereinheit (20 ) beeinflusst wird, wobei das erste Lagerelement (14 ) und das zweite Lagerelement (16 ) über das aktive Stellelement (18 ) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (16 ) über eine Elastomerverbindung an die Fahrwerkskomponente angekoppelt ist und ein Beschleunigungssensor (24 ) am zweiten Lagerelement (16 ) angeordnet ist, der mit der Reglereinheit (20 ) verbunden ist. - Aktives Dämpfersystem (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (16 ) ein Außenring des Dämpferlagers (12 ) ist, der über eine Elastomerkomponente (28 ) mit einer Kolbenstange (26 ) verbunden ist. - Verfahren zur Dämpfung eines hochfrequenten Schwingungseintrags in den Fahrzeugaufbau mit einem aktiven Dämpfersystem (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (aD) und die Vertikalbeschleunigung des zweiten Lagerelements (aA) gemessen werden und das aktive Stellelement (18 ) derart durch einen Regler (30 ) beeinflusst wird, dass die Schwingungsreduktion durch Minimierung der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (aD) erreicht wird, wobei die Vertikalbeschleunigung des zweiten Lagerelements (aA) das Verhalten des Reglers (30 ) beeinflusst. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (
30 ) als PID, PI oder PD-Regler ausgebildet ist.
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